第一章流体流动-化工原理

1、化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录1目录目录v第一章第一章 流体流动流体流动 第一节第一节 流体静止的基本方程流体静止的基本方程一、几个概念二、流体静力学方程三、流体静力学方程的应用 第二节第二节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程一、基本概念 二、质量衡算连续性方程三、机械能衡算方程习题课 化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录2目录目录第三节第三节 流体流动现象流体流动现象一、 流动型态二、湍流的概念 三、管内速度分布四、边界层与边界层分离第四节第四节 管内流动的阻力损失管内流动的阻力损失一、沿程损失的计算通式1、层流的摩擦系数2、湍流的摩擦系数二、非圆形管内的沿程损失三、局

2、部损失四、管内流动总阻力损失的计算化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录3目录目录第五节第五节 管路计算管路计算 一、简单管路习题课 二、复杂管路习题课 三、可压缩流体的管路计算 第六节第六节 流量测量流量测量 一、变压头流量计 二、变截面流量计第一章小结第一章小结化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章4/111第一章第一章 流体流动流体流动第一节第一节 流体静止的基本方程流体静止的基本方程1、密度、密度用用 表示，属于物性，表示，属于物性，kg/m3影响因素：影响因素：气体气体-种类、压力、温度、浓度种类、压力、温度、浓度 液体液体- 种类、温度、浓度种类、温度、浓度一、几个

3、概念一、几个概念化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章5/111一、几个概念一、几个概念获得方法：获得方法：（1）查物性数据手册）查物性数据手册（2）公式计算：）公式计算：nnmaaa 22111液体混合物：RTPM RTPMmm 气体：-理想气体状态方程化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章6/111一、几个概念一、几个概念2静压力静压力 垂直作用在单位面积上的力称为垂直作用在单位面积上的力称为压强压强，习惯上称之，习惯上称之为压力，用符号为压力，用符号p表示。表示。静压力各向同性 atm1（标标准准大大气气压压）OmHmmHgPa2533.1076010013. 1

4、 （1）压力单位）压力单位SI制中，制中， N/m2 =Pa，称为帕斯卡，称为帕斯卡约定：本教案中出现红线框之处为需读者记忆的化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章7/111一、几个概念一、几个概念 表压表压绝压绝压当当地地大大气气压压绝绝压压表表压压 绝压绝压当地大气压当地大气压真空度真空度 （2）压力大小的两种表征方法）压力大小的两种表征方法-以当地大气压为基准以当地大气压为基准 思考：思考： 1 1、表压与真空度是何关系？、表压与真空度是何关系？ 2 2、真空度越大，意味着什么？、真空度越大，意味着什么？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章8/111一、几个概念

5、一、几个概念 不可压缩流体不可压缩流体可压缩流体可压缩流体3压缩性压缩性-压力或温度改变时，密度随之显著改变 -压力或温度改变时，密度改变很小 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章9/111二、流体静力学方程二、流体静力学方程 图 1-1 静止流体的力平衡 z z1 z2 dz p1 p+dp p p2 gAdz A 因为流体静止，故因为流体静止，故 微元段微元段dz 流体所受合力流体所受合力 00)( gAdzAdpppA 0 gdzdp 积分得积分得化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章10/111二、流体静力学方程二、流体静力学方程常常数数 pgz 1212zz

6、gpgp 2112zzgpp 2211pgzpgz 1 2 Z1 Z2流体静力学方程流体静力学方程静压头静压头位头位头化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章11/111二、流体静力学方程二、流体静力学方程v适用场合：绝对静止、连续、均质、不可压缩；适用场合：绝对静止、连续、均质、不可压缩；v等压面为水平面；等压面为水平面；v压力可传递压力可传递-巴斯噶原理。巴斯噶原理。静力学方程的讨论：静力学方程的讨论：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章12/111三、流体静力学方程的应用三、流体静力学方程的应用 z2 z1 R 3 3 指示剂指示剂 0 1 2 gRgzpRzgp

7、p022113 gRgzpgzp 022111U形形压差计（压差计（manometer） 等压面等压面思考：思考：对指示剂有何要求？对指示剂有何要求？ U U形压差计适用场合？形压差计适用场合？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章13/111 2 三、流体静力学方程的应用三、流体静力学方程的应用 gRpp1221 2、双液柱压差计双液柱压差计 1 2 1略小于略小于 2 p1 p2 z1 1 z1 R 22211思考：思考：面面1-1、2-2哪个是等压面，哪哪个是等压面，哪 个不是？个不是？返回目录作业：作业： U形压差计适用于被测压差不太小的场合。若所测压力形压差计适用于被测压

8、差不太小的场合。若所测压力差很小，用差很小，用U形压差计难以读准，可改用如图所示的双液体形压差计难以读准，可改用如图所示的双液体压差计，将读数放大。压差计，将读数放大。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章14/111第二节第二节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程一、基本概念一、基本概念 主要研究流体在主要研究流体在管路管路中的流动，中的流动， 遵循着三大守恒定律遵循着三大守恒定律 能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒质量守恒质量守恒1 1、稳定流动与不稳定流动、稳定流动与不稳定流动 稳定流动稳定流动-流动参数都不随时间而变化流动参数都不随时间而变化不稳定流动不稳定流动-至少有一

9、个流动参数随时间而变化至少有一个流动参数随时间而变化讲讲讲讲不讲不讲化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章15/111一、基本概念一、基本概念 smVskgmss3表表示示，体体积积流流量量，用用表表示示，质质量量流流量量，用用流流量量ssVm AmGs 又又称称质质量量通通量量，单单位位为为 kg/m2 suG uAGAms 点速度点速度 v，单位，单位m/s 体体积积流流速速质质量量流流速速流流速速2、流量和流速、流量和流速AVus 平平均均流流速速，单位，单位m/s-AvdAA 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章16/111二、质量衡算二、质量衡算连续性方程连

10、续性方程0 随时间的变化率随时间的变化率控制体内的质量控制体内的质量的质量流量的质量流量输入控制体输入控制体的质量流量的质量流量输出控制体输出控制体质量衡算方程质量衡算方程-开放体系，质量守恒定律内容改为如下：开放体系，质量守恒定律内容改为如下：21mm 222111AuAu 输输入入流流量量输输出出流流量量 质量守恒定律质量守恒定律-封闭体系中物质质量不变封闭体系中物质质量不变 对于如图所示的管道内对于如图所示的管道内稳定流动稳定流动，上式第三项为上式第三项为0，于是，于是 1 控制体 2 1 2 能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒质量守恒质量守恒化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第

11、一章17/111二、质量衡算二、质量衡算连续性方程连续性方程2211AuAu 对圆管对圆管222211dudu -管内流动的连续性方程管内流动的连续性方程21mmm 2211AuAuuA m1 m m2思考：思考： 如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章18/111三、机械能衡算方程三、机械能衡算方程dydx -牛顿粘性定律1、黏性和黏度、黏性和黏度牛顿粘性定律发牛顿粘性定律发表在表在 1687年年 在动画所示的流体分层流动情形下，有在动画所示的流体分层流动情形下，有 v大大

12、 v小小 分子 气体内摩擦力产生的原因还可以从动量传递角度加以理解: 液体的内摩擦力则是由分子间的吸引力所产生。 流体内部存在内摩擦力或粘滞力，请点击流体内部存在内摩擦力或粘滞力，请点击 看动画。看动画。单位面积上的的内摩擦力，N/m2 速度梯度 动力黏度简称黏度黏度 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章19/111三、机械能衡算方程三、机械能衡算方程 sPamsNmsmmNdydv 22 主主要要有有体体系系、温温度度、浓浓度度 GLT ,物理意义：物理意义：衡量流体黏性大小的一个物理量衡量流体黏性大小的一个物理量单位：单位：获取方法：获取方法：属物性之一，属物性之一， 由实验

13、测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。影响因素：影响因素：黏度黏度 ：思考：思考：为什么？为什么？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章20/1112 2、牛顿型和非牛顿型流体、牛顿型和非牛顿型流体非牛顿型流体：非牛顿型流体：如人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液以及像细胞如人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液以及像细胞质那样的质那样的“半流体半流体”都属于非牛顿流体。如聚乙烯，聚都属于非牛顿流体。如聚乙烯，聚丙烯酰氨，聚氯乙烯，尼龙丙烯酰氨，聚氯乙烯，尼龙6，PVS，涤纶，橡胶溶液，涤纶，橡胶溶液，各种工程塑料，化纤的熔体等。各种工

14、程塑料，化纤的熔体等。-体系粘度随剪切速率的增加而降低。体系粘度随剪切速率的增加而降低。 流动形式表现为剪切稀化现象流动形式表现为剪切稀化现象. .-体系粘度随剪切速率的增加而增大。体系粘度随剪切速率的增加而增大。-受到外力作用时并不立即流动而要待外力增大受到外力作用时并不立即流动而要待外力增大到某一程度时才开始流动到某一程度时才开始流动不符合牛顿粘性定律的流体，如绝大多数高分子量的不符合牛顿粘性定律的流体，如绝大多数高分子量的牛顿型流体：牛顿型流体：符合牛顿粘性定律的流体符合牛顿粘性定律的流体 宾汉塑性流体 涨塑性流体 牛顿流体 假塑性流体 d/dy 图 1-6 剪应力与速度梯度关系 化工原

15、理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章21/1113 3、机械能衡算方程、机械能衡算方程 能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒质量守恒质量守恒 Q 2流体出流体出 换热器换热器 2 z2 流体入流体入 1 1 泵泵 z1 1 Ws 运动着的流体涉及的能量形式有运动着的流体涉及的能量形式有内能内能、 动能、动能、 位能、压力能、位能、压力能、 外功、热外功、热U，J/kg取决于温度 输输出出的的能能量量速速率率输输入入的的能能量量速速率率 对于如图所示的稳定流动的流动系统，能量衡算式为：对于如图所示的稳定流动的流动系统，能量衡算式为：u2/2J/kggzJ/kgp/J/kgwe，J/kg外界对

16、流体外功为正，外界对流体外功为正，流体向外作功为负流体向外作功为负 以面1-1为例，说明压力能的表达式：面1-1上所受到的总压力为P1=p1/A1，将1 kg的流体（其体积即为比容1=1/1，m3kg-1）压过该截面的所做功便为 P1u1=（p1A1）（1/A1）=p11= p1 /1吸热为正吸热为正放热为负放热为负 机械能机械能- 可直接用于输送流体可直接用于输送流体在流体流动过程中可相互转变在流体流动过程中可相互转变可转变为热或内能。可转变为热或内能。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章22/1113 3、机械能衡算方程、机械能衡算方程黏度黏度 0 （1）理想流体的伯努利方

17、程）理想流体的伯努利方程 Q 2流体出流体出 换热器换热器 2 z2 流体入流体入 1 1 泵泵 z1 1 Ws 如果撇开内能和热而只考虑机械能，对下图所示的如果撇开内能和热而只考虑机械能，对下图所示的截面截面1与与2之间理想流体的稳定流动，存在下述机械能之间理想流体的稳定流动，存在下述机械能衡算关系：衡算关系： 222221121122 pugzwpugze 12we=0 2222121122pugzpugz -伯努利伯努利（Bernoulli）方程方程 含义：对没有黏性的流体，流动系统上游的机械能等于下游的机械能。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章23/1113 3、机械能

18、衡算方程、机械能衡算方程（2）实际流体的机械能衡算式）实际流体的机械能衡算式 Q 2流体出流体出 换热器换热器 2 z2 流体入流体入 1 1 泵泵 z1 1 Ws fewpugzwpugz 2222121122-机械能衡算方程机械能衡算方程wf称为阻力损失，永称为阻力损失，永远为正，单位远为正，单位J/kg 对实际流体，由于有黏性，在管内流动时要消耗机械能以克服阻对实际流体，由于有黏性，在管内流动时要消耗机械能以克服阻力。消耗了的机械能转化为热，散失到流动系统以外去了。因此，此力。消耗了的机械能转化为热，散失到流动系统以外去了。因此，此项机械能损耗应列入伯努利方程右边作为输出项，记做项机械能

19、损耗应列入伯努利方程右边作为输出项，记做wf： 每一项单位均为每一项单位均为J/kg化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章24/1113 3、机械能衡算方程、机械能衡算方程外加压头静压头动压头位头压头损失fehgpguzhgpguz 2222121122或写成或写成每一项单每一项单位均为位均为m-机械能衡算方程机械能衡算方程feppugzppugz 2222121122 -机械能衡算方程机械能衡算方程每一项单位每一项单位均为均为Jm-3压力损失化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章25/111（3 3）机械能衡算方程讨论：）机械能衡算方程讨论：fewpugzwpugz

20、2222121122fwEtEt 21由由于于 wf0，故故 Et1 Et2（1）适用条件：不可压缩、连续、均质流体、等温、非等温流动）适用条件：不可压缩、连续、均质流体、等温、非等温流动 2211pgzpgz -静力学方程。可见流体静止状态是流体流动的一种特殊形式。 Q 2 换换热热器器 2 z2 1 泵泵 z1 1 Ws（2）对流体静止，可化简得：）对流体静止，可化简得： （3）若流动系统无外加功，即）若流动系统无外加功，即we=0，则，则 这说明流体能自动从高（机械能）这说明流体能自动从高（机械能）能位流向低（机械能）能位。能位流向低（机械能）能位。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /

21、第一章第一章26/111习题课习题课 Q 2 换换热热器器 2 z2 1 泵泵 z1 1 Ws使用机械能衡算方程时，应注意以下几点（使用机械能衡算方程时，应注意以下几点（结合例结合例1说明说明）：）：包含待求变量。包含待求变量。控制体内的流体必须连续、均质；控制体内的流体必须连续、均质；有流体进出的那些控制面（流通截面）应与有流体进出的那些控制面（流通截面）应与流动方向相垂直，且已知条件最多；流动方向相垂直，且已知条件最多；v 控制体的选取：控制体的选取：v 基准水平面的选取基准水平面的选取 v 压力压力用绝压或表压均可，但两边必须统一。用绝压或表压均可，但两边必须统一。fswpugzwpug

22、z 2222121122一般将基准面定在某一流通截面的中心上一般将基准面定在某一流通截面的中心上 （下转第28页）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章27/111【例例】 轴功的计算轴功的计算 2 2 气气 体体 洗洗 涤涤 塔塔 5m 泵泵 气气 体体 3 3 1m 1m 4 4 贮贮 槽槽 废废 水水 池池 1 1 0.2m 如图所示，已知管道尺寸为如图所示，已知管道尺寸为 114 4 mm，流量为流量为85 m3/h，水在管路中（喷头前）流，水在管路中（喷头前）流动的总阻力损失为动的总阻力损失为10 J/kg ，喷头前压力较，喷头前压力较塔内压力高塔内压力高100 kPa，

23、水从塔中流入下水道，水从塔中流入下水道的阻力损失为的阻力损失为12 J/kg。求泵供给的外加功率。求泵供给的外加功率。 解：解： 按照控制体按照控制体选取原则选取原则，应取面应取面1-1至面至面2-2，而不，而不能取面能取面1-1至面至面3-3或面或面1-1至面至面4-4。mmd10642114 由已知条件可知管内径由已知条件可知管内径化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章28/111【例例】 轴功的计算轴功的计算212222121122 fewpugzwpugz 在面在面1-1和面和面2-2间有间有 2 2 气体气体 洗涤塔洗涤塔 5m 泵泵 气体气体 3 3 1m 1m 4 4

24、 贮槽贮槽 废水池废水池 1 1 0.2m 422dVu sm68. 24106. 03600852 z2=7 mp2=？wf1-2=10 J kg-122226.8210268. 281. 97ppwe 22226.8210268. 281. 97ppwe 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章29/111【例例】 轴功的计算轴功的计算 2 2 气体气体 洗涤塔洗涤塔 5m 泵泵 气体气体 3 3 1m 1m 4 4 贮槽贮槽 废水池废水池 1 1 0.2mp3可通过面可通过面3-3与与4-4间的机械能衡算求得：间的机械能衡算求得： 434244323322 fwpugzpugz

25、 z3=1.2 m，wf3-4=12 J kg-1 23. 081. 92 . 1123 pJ kg-1 22226.8210268. 281. 97ppwe 由已知条件可知：由已知条件可知： 33210100 pp2 .100 J kg-1 5 .182 J kg-1 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章30/111【例例】 轴功的计算轴功的计算故泵的外加功率为：故泵的外加功率为：36005 .182851000 eseswVwm =4310 W 或或4.31 kW 返回目录作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章31/111第三节第三节 流体流动现象流体

26、流动现象二、二、 流动型态流动型态层流或滞流层流或滞流 laminar flow湍流或紊流湍流或紊流 turbulent flow两种流动型态两种流动型态那么，如何定量判断流动型态呢？那么，如何定量判断流动型态呢？一、一、 流动的黏度流动的黏度实际流体具有黏性，黏度是衡量流体黏性大小的物理量，与温度和压实际流体具有黏性，黏度是衡量流体黏性大小的物理量，与温度和压力相关。力相关。 温度：温度：T ，黏度变化？（液体，气体），黏度变化？（液体，气体）压力：液体忽略不计。压力：液体忽略不计。 气体气体(极高或极低极高或极低)1Pa.s=1N.s/m2=10P泊泊=103cp化工原理化工原理电子教案电

27、子教案/ /第一章第一章32/111一、一、 流动型态流动型态 du Re 00023ReskgmmsNmkgsmmdu 无无因因次次雷诺数雷诺数如：直管内流动时，如：直管内流动时，Re 2000 层流层流 Re=2000 4000 过渡区过渡区 Re4000 湍流湍流-根据其值的大小，可以判断流动型态根据其值的大小，可以判断流动型态 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章33/111流体在管内的速度分布流体在管内的速度分布管内流动，管截面上的各点的速度均随该点与管中心的距离变化。管内流动，管截面上的各点的速度均随该点与管中心的距离变化。一般管中心的流速最大，离管壁越近，流速越小。

28、一般管中心的流速最大，离管壁越近，流速越小。对于层流运动，速度沿管径呈抛物线分布，对于层流运动，速度沿管径呈抛物线分布，u平均平均=0.5umax。湍流运动，湍流运动，流体质点在旋涡运动的影响下，其运动速度不论在大小流体质点在旋涡运动的影响下，其运动速度不论在大小或方向上都随时间变化。但又都围绕某一平均值（图中虚线所示）而或方向上都随时间变化。但又都围绕某一平均值（图中虚线所示）而上下波动，这种现象称为速度的上下波动，这种现象称为速度的脉动，脉动，经验式：经验式： x x 0 t 图 1-18 湍流中速度的脉动 图 1-20 管内层流时的速度分布 max 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /

29、第一章第一章34/111第四节第四节 管内流动的阻力损失管内流动的阻力损失fewpugzwpugz 2222121122机械能衡算方程机械能衡算方程-由于流速大小或方向突然改变，从而产生边界层分离，出现大量旋涡，导致很大的机械能损失。 管件或阀门管件或阀门等径直管等径直管管路输送系统管路输送系统 wf 分为两类（见图）：分为两类（见图）： 2 2 气气体体 洗洗涤涤塔塔 5m 泵泵 气气体体 3 3 1m 1m 4 4 贮贮槽槽 废废水水池池 1 1 0.2m沿程损失（直管损失）局部损失化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章一、沿程损失的计算通式一、沿程损失的计算通式1、层流的摩擦

30、系数、层流的摩擦系数Re64 22udlwf长径比无量纲动能摩擦系数 无量纲与流体Re及管壁相关-沿程损失计算通式2、湍流的摩擦系数、湍流的摩擦系数d，eRf摩擦系数与雷诺准数及管壁粗糙度的关系有实验测定。摩擦系数与雷诺准数及管壁粗糙度的关系有实验测定。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章36/111返回上页返回上页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章37/111 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002

31、 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re莫莫狄狄（Moody）图图层层流流区区Re64 过渡区湍湍流流区区 d Re,阻力平方区 d Re 22udlwf 水力光滑管水力光滑管思考：思考：由图可见，由图可见，Re ，这与，这与阻力损失随阻力损失随Re增大而增大是否矛增大而增大是否矛盾？

32、盾？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章二、非圆形管内的沿程损失二、非圆形管内的沿程损失22udlwef dRRRde 2242 水水力力半半径径润润湿湿周周边边流流通通截截面面积积 44ed dDdDdDde 4422Dd? edu仍可按圆管的公式计算或用莫狄图查取，但仍可按圆管的公式计算或用莫狄图查取，但需引入当量直径。需引入当量直径。当量直径当量直径 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章三、局部损失三、局部损失 R d A1 A2u 当流体流经弯头、管进出口、阀门等处时，由于流体当流体流经弯头、管进出口、阀门等处时，由于流体的的流速流速或或流动方向流动方向突然

33、发生变化，产生边界层分离和涡流，突然发生变化，产生边界层分离和涡流，从而导致形体阻力损失。从而导致形体阻力损失。 由于引起局部损失机理的复杂性，目前只有少数情况可由于引起局部损失机理的复杂性，目前只有少数情况可进行理论分析，多数情况需要实验方法确定。进行理论分析，多数情况需要实验方法确定。请点击请点击 观看动观看动画画化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章40/111三、局部损失三、局部损失22,udlwef 局局22,uwf 局局小管的小管的局部损失的计算有两种方法：局部损失的计算有两种方法： u当量长度法当量长度法 u阻力系数法阻力系数法le-当量长度，可查有关图表 -局部阻力

34、系数，可查有关图表注意：注意：u以上两种方法均为近似估算。以上两种方法均为近似估算。u两种计算方法所得结果不完全一致两种计算方法所得结果不完全一致 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章41/111三、局部损失三、局部损失表表1-2 管件和阀件的阻力系数及当量长度数据（湍流）管件和阀件的阻力系数及当量长度数据（湍流）名 称阻力系数当量长度与管径之比le/d名 称阻力系数当量长度与管径之比le/d弯头，45弯头，90180回弯头管接头活管接头标准三通管闸阀全开半开0.350.751.50.040.0410.174.517357522509225标准阀 全开 半开单向阀（止逆阀） 摇板

35、式 球形式角阀（全开）水表（盘形）6.09.52.070.02.07.03004751003500100350返回上页返回上页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章三、局部损失三、局部损失 2 2 0 1 1 1 0 1 2 2 a. 突突然然扩扩大大 b. 突突然然缩缩小小 22uwf 出出口口 u 管出口：管出口： A2A1，阻力系数，阻力系数 o=125 . 02uwf 入入口口 u u 管入口：管入口： A2A1，阻力系数，阻力系数 i=0.5化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章2-2面取在出口外侧时，wf中应包括出口阻力损失（其大小为 ），但2-2面的动能为

36、零。 四、管内流动总阻力损失的计算四、管内流动总阻力损失的计算总阻力损失总阻力损失管出口弯管阀门管入口fswpugzwpugz 2222121122机械能衡算方程：机械能衡算方程：2222udludllwef 2-2面取在出口内侧时，wf中应不包括出口阻力损失，但出口截面处的动能222u22u2特别注意：特别注意：管出口截面的选取位置不同，管出口截面的选取位置不同，总阻力损失大小略有不同，但机械能衡算总阻力损失大小略有不同，但机械能衡算方程结果相同。见下图：方程结果相同。见下图：请思考：请思考：如下图所示的管路系统，其总阻力损失应计入哪几项？如下图所示的管路系统，其总阻力损失应计入哪几项？试分

37、别列出来。试分别列出来。0222 u22u2化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章44/111 pa pB z？ B A 【例例】 总阻力损失的计算总阻力损失的计算如图所示，将敞口高位槽如图所示，将敞口高位槽A中密度中密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s的溶液自的溶液自流送入设备流送入设备B中。中。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道分别为，阀门前、后的输送管道分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀

38、（全开）。为使溶液能以弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以4 m3 h-1的的流量流入设备流量流入设备B中，问中，问 z 为多少米？为多少米？解：解：1 11 12 22 2在面在面1-11-1与与2-22-2间列机械能衡算式：间列机械能衡算式： 阀阀后后阀阀前前ffwwpugzpugz 2222121122注：注：面面2-22-2取在取在管出口内侧、外管出口内侧、外测均可，这里取测均可，这里取在内侧。在内侧。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章45/111 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输

39、送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。流弯头、一个标准阀（全开）。流量量4 m3 h-11 11 12 22 222870101022222113221udludlugz 30. 14033. 03600442211 dVus431111067. 4108 . 087030. 1033. 0Re ud4000 m s-1查表查表1-1取管壁绝对糙度取管壁绝对糙度 =0.2 mm /d1=0

40、.00606查图查图1-27 1=0.0322230. 1033. 010032. 02222udl 阀阀前前化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章46/111 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。弯头、一个标准阀（全开）。流量流量4 m3 h-11 11

41、12 22 24000 m s-1 /d2=0.2/27=0.0074查图查图1-27 2=0.033突然缩小突然缩小 1=0.5，查表查表1-2知知 90 弯头弯头 2=0.75 94. 14027. 03600442222 dVus432221070. 5108 . 087094. 1027. 0Re ud22870101022222113221udludlugz 2230. 1033. 010032. 02222udl 阀阀前前+0.5+0.75294. 1027. 08033. 02 阀阀后后 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章47/111294. 1027. 0803

42、3. 02 阀阀后后 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。流弯头、一个标准阀（全开）。流量量4 m3 h-11 11 12 22 28701010294. 1321 gz查表查表1-2知知标准阀（全开）标准阀（全开） =6.40.5+0.75230. 1033. 010

43、032. 02 mz41. 51 6.4作业：作业：返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章48/1111 11 1221110m2 22 2解：以水槽液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2，并以截面1-1为基准水平面。如图如图1所示，用泵将所示，用泵将20的水以每小时的水以每小时20m3的输送量从低位敞口水槽的输送量从低位敞口水槽输送至高位槽内，高位槽上方的气体压强为输送至高位槽内，高位槽上方的气体压强为0.2103Pa(表压表压)，两槽液面，两槽液面均维持恒定，期间的垂直距离为均维持恒定，期间的垂直距离为10m。输送管路直径为。输送管路直径为83mm3.

44、5mm，直管部分的总长度为直管部分的总长度为100m，管壁绝对粗糙度，管壁绝对粗糙度 ， 管路中有管路中有3个标准直角弯头、个标准直角弯头、1个全开的闸阀、个全开的闸阀、2个三通及个三通及1个摇板式止回阀。个摇板式止回阀。20水的密度为水的密度为998.2kg/m3，黏度为，黏度为1.00410-3Pa.s，试计算：若泵的效率为，试计算：若泵的效率为70%，计算泵的轴功率。，计算泵的轴功率。=0.3mm化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章49/111在截面在截面1-11-1与与2-22-2之间列伯努利方程：之间列伯努利方程：2211221222efupupgZWgZh式中式中Z1

45、=0，Z2=10，p1=0(表压表压)，p2=0.2103Pa(表压表压)，水槽和高位槽的截面远大于管道截面，水槽和高位槽的截面远大于管道截面，故故u10，u20，列伯努利方程简化为：，列伯努利方程简化为：2230.210=9.8110+35.35=133.65J/kg998.2efpWgZh化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章50/111泵的有效功率：泵的有效功率：所以泵的轴功率：所以泵的轴功率：20133.65998.2741.23600eese sNW WWVW741.21140.30.65epNNW化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章51/111第五节第五节

46、流量测量流量测量一、变压头流量计一、变压头流量计下面介绍根据流体力学原理而制作的测量流量的仪器下面介绍根据流体力学原理而制作的测量流量的仪器变压头流量计变压头流量计变截面流量计变截面流量计测速管测速管孔板流量计孔板流量计文丘里流量计文丘里流量计 gRppA 01、测速管：又称皮托（、测速管：又称皮托（Pitot）管）管 u A R p结构：结构：如图所示如图所示。测速原理：测速原理：ggpgpA22A 02Rg2A 02gRA化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章52/1111 1、测速管、测速管 u A R 测速管加工及使用注意事项：测速管加工及使用注意事项：u测速管的尺寸不可过

47、大，一般测速管直径不应超过管道直径的测速管的尺寸不可过大，一般测速管直径不应超过管道直径的1/15。u测速管安装时，必须保证安装点位于充分发展流段，一般测量点的测速管安装时，必须保证安装点位于充分发展流段，一般测量点的上、下游最好各有上、下游最好各有50d 以上的直管段作为稳定段。以上的直管段作为稳定段。u测速管管口截面要严格垂直于流动方向。测速管管口截面要严格垂直于流动方向。优点：优点：结构简单、阻力小、使用方便，尤其适用结构简单、阻力小、使用方便，尤其适用于测量气体管道内的流速。于测量气体管道内的流速。缺点：缺点：不能直接测出平均速度；不能直接测出平均速度；压差计读数小，常须放大才能读得准

48、确。压差计读数小，常须放大才能读得准确。问：问：若不垂直会怎样？若不垂直会怎样？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章53/111 p2 2(缩脉缩脉) 2 p0 0 0 1 1 p1 R 一、变压头流量计一、变压头流量计测速管测速管孔板流量计孔板流量计文丘里流量计文丘里流量计2孔板流量计孔板流量计结构：结构：如图所示如图所示。测量原理：测量原理：孔板孔板 测出孔板上、下游两个固定测出孔板上、下游两个固定位置之间的压差，便可计量出位置之间的压差，便可计量出流量的大小。流量的大小。 取压方法：取压方法： 采用角接法（取压口在法兰上）采用角接法（取压口在法兰上） 思考：思考： 1 1、

49、2 2间的压力分布为何呈现间的压力分布为何呈现上图所示的形状？上图所示的形状？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章54/1112孔板流量计孔板流量计优点：优点：构造简单，制造和安装都很方便构造简单，制造和安装都很方便缺点：缺点：机械能损失（称之为机械能损失（称之为永久损失永久损失）大，）大， 当当d0/d1=0.2时，永久损失约为测得时，永久损失约为测得 压差的压差的90%， 常用的常用的d0/d1=0.5情形下，永久损失情形下，永久损失 也有也有75%。u安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，上上游长度至少应为游长度至少应为10d1，下游为，下游为5d1 使用时的注意事项使用时的注意事项： p2 2(缩脉缩脉) 2 p0 0 0 1 1 p1 R 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章55/111一、变压头流量计一、变压头流量计 000002gRACAuVs3文丘里（文丘里（Venturi）流量计）流量计收缩段锥角通常取收缩段锥角通常取15 25 ，扩大段锥角要取得小些，一般为扩大段锥角要取得小些，一般为5 7 测速管测速管孔板流量计孔板流量计文丘里流量计文丘里流量计请点击看动画请点击看动画优点：优点：其永久损失小，故尤其